Metallocene: ferrocene, nomenclatura, sintesi

Il metallocene è un composto metallorganico costituito da due anioni ciclopentadienilici legati da un metallo con stato di ossidazione (II).
Il termine metallocene deriva da ferrocene che fu il primo composto avente tali caratteristiche ad essere sintetizzato per caso indipendentemente da due gruppi di ricercatori che ottennero il composto dalla reazione tra bromuro di ciclopentadienilmagnesio e cloruro di ferro (II).

Da caratterizzazioni effettuate con la Risonanza Magnetica Nucleare e con la Diffrazione di Raggi X si è determinata la struttura del ferrocene in cui i sei elettroni  π dell’anione ciclopentadienilico si legano allo ione centrale Fe²⁺. Quest’ultimo che ha una configurazione esterna 3d⁶, legandosi a due anioni ciclopentadienilici ha un totale di 18 elettroni. Esso assume pertanto  la configurazione del gas nobile Kripton e risultando quindi particolarmente stabile.

Nomenclatura

A seguito della scoperta del ferrocene si rese necessaria una nomenclatura per questi tipi di

composti. Il chimico Frank Albert Cotton propose di anteporre la notazione η^η al nome dell’olefina per indicare il numero di atomi legati al metallo coniando il termine di apticità.

Nel caso del ferrocene e quindi dei metalloceni in cui lo ione centrale è legato ai 5 atomi di carbonio dell’anione ciclopentadienilico si usa la notazione η⁵ che si pronuncia pentaapto

Sintesi del metallocene

Un metallocene può essere ottenuto:

1)      Dal sale metallico e dal ciclopentadienuro di sodio ottenuto dalla deprotonazione del ciclopentadiene ad opera di una base forte:

MCl₂ + 2 NaC₅H₅ → 2 (C₅H₅)₂M + 2 NaCl

2)      Dal metallo in fase gassosa e dal ciclopentadiene:

M + 2 C₂H₆ → (C₅H₅)₂M + H₂

3)      Dall’anione ciclopentadienilico e un opportuno reagente. Ad esempio il cromocene è ottenuto dal cromo esacarbonile e ciclopentadiene:

Cr(CO)₆ + 2 C₂H₆ → (C₅H₅)₂Cr + H₂ + 6 CO

I metalloceni danno luogo a reazioni di sostituzione come l’acilazione di Friedel- Craft in presenza di  cloruro di acetile e cloruro di alluminio.

I metalloceni contenenti titanio, Zirconio e Afnio vengono usati in molte reazioni tra cui come catalizzatori nella polimerizzazione delle olefine e come reagenti per reazioni stereospecifiche.